碳13同位素比值测定校准：VPDB标准品使用与两步校准流程
1.VPDB标准品的本质与作用
国际通用的碳13同位素比值参考标准为VPDB（ViennaPeeDeeBelemnite），其δ13C值定义为0‰。由于原始VPDB标准物质已耗尽，现代实验室使用次级物质（如NBS19、IAEA-603、USGS24等）通过标定传递VPDB尺度。这些次级标准品具有经测定的、相对于VPDB的δ13C值（如NBS19的δ13C=+1.95‰）。
功能：
-建立基准：将仪器测定的原始碳同位素比值（13C/12C）转化为国际可比的δ13C值。
-校正系统误差：补偿质谱仪的质量效应、进样系统偏差等。
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两步校准流程详解
步：工作标准品的标定（传递VPDB尺度）
1.选择工作标准（WorkingStandard，碳13同位素比值测定多少钱，WS）
实验室需制备或购买与待测样品基质匹配的稳定物质（如蔗糖、石墨、碳酸钙等）作为WS。
2.与VPDB次级标准品共测
-在相同分析序列中，无锡碳13同位素比值测定，交替测定VPDB次级标准品（如NBS19）和WS。
-通过NBS19的已知δ13C值（+1.95‰）与仪器测定的原始比值（Rmeas-NBS19），计算仪器响应函数：
```
R_true-NBS19=R_std×(δ13C_NBS19/1000+1)
（R_std=VPDB的比值≈0.0111802）
```
-根据WS的原始比值（Rmeas-WS）与Rtrue-NBS19，计算WS相对于VPDB的δ13C值：
```
δ13C_WS=[(R_meas-WS/R_true-NBS19)-1]×1000‰
```
-输出：获得WS的δ13C值（如δ13C_WS=-10.2‰）。
第二步：未知样品的校准（使用工作标准）
1.样品与工作标准共测
在常规分析中，将未知样品（Sample）与已标定的WS置于同一批次交替运行，确保仪器条件一致。
2.计算样品的δ13C值
-根据WS的已知δ13C值（δ13C_WS）和测得的样品/WS原始比值比：
```
δ13C_Sample=[(R_meas-Sample/R_meas-WS)×(δ13C_WS/1000+1)-1]×1000‰
```
-关键验证：插入VPDB次级标准品（如NBS19）监控数据质量，偏差需＜0.1‰。
碳 13 同位素比值测定测植物：光合途径（C3/C4）怎么通过 δ13C 值判断？。
通过δ13C值判断植物光合途径（C3vsC4）的原理在于不同光合作用途径对碳同位素的分馏程度存在显著差异。这种差异源于它们固碳初始步骤的关键酶及其解剖结构的不同。
1.同位素分馏基础：
*大气CO?中主要包含较轻的12C（约99%）和较重的13C（约1%）。
*植物在进行光合作用吸收CO?时，普遍更“偏爱”较轻的12C，导致植物体内的13C比例低于大气CO?，这种现象称为同位素分馏。
*δ13C值是衡量样品相对于（PDB）中13C/12C比值的千分偏差（‰）。公式为：δ13C(‰)=[(Rsample/Rstandard)-1]×1000，其中R是13C/12C比值。
*分馏程度越大，δ13C值越负（越偏向负值）。
2.C3植物与强分馏：
*C3植物（如小麦、水稻、大豆、树木、大多数温带植物）的初始固碳酶是Rubisco(RuBP羧化酶/加氧酶)。
*Rubisco对CO?的亲和力相对较低，并且对13C的分馏作用很强（分馏值约-29‰）。这意味着Rubisco显著偏好12C，导致进入植物体内的CO?中13C比例大幅降低。
*结果：C3植物的δ13C值范围通常在-22‰到-35‰之间，平均值约-27‰。数值非常负，表明分馏剧烈。
3.C4植物与弱分馏：
*C4植物（如玉米、甘蔗、高粱、许多热带禾本科草）进化出了特殊的CO?浓缩机制以应对高温、干旱和高光强。它们拥有花环结构(Kranzanatomy)。
*在叶肉细胞中，初始固碳由PEP羧化酶(PEPC)完成。PEPC对CO?的亲和力极高，几乎不区分12C和13C（分馏值仅约-5.7‰），分馏作用非常微弱。它将CO?固定成四碳酸（C4酸）。
*随后，C4酸被转运到维管束鞘细胞，在那里释放CO?（此时CO?浓度很高）。高浓度的CO?再由Rubisco进行卡尔文循环固碳。由于维管束鞘细胞中CO?浓度很高，Rubisco的分馏作用被大大抑制。
*关键点：整个C4途径的碳同位素分馏主要受步（PEPC）控制，而这一步的分馏本身就很小，且后续高浓度CO?环境进一步限制了Rubisco的分馏潜力。
*结果：C4植物的δ13C值范围通常在-10‰到-14‰之间，平均值约-13‰。数值明显比C3植物偏正（负得少），表明整体分馏很弱。
4.判断标准：
*δ13C≈-27‰±5‰(通常在-22‰到-35‰之间)：强烈指示为C3植物。
*δ13C≈-13‰±2‰(通常在-10‰到-14‰之间)：强烈指示为C4植物。
*-14‰到-22‰之间：这是一个重叠或模糊区域。可能的原因包括：
*CAM植物（景天酸代谢植物）：如仙人掌、菠萝。它们在夜间（类似C4途径）和白天（类似C3途径）进行光合作用，其δ13C值范围很宽，可以落在C3和C4之间甚至更低（-10‰到-30‰或更低），取决于环境水分胁迫程度。
*处于胁迫（如严重干旱、盐碱）下的C3植物：气孔导度降低可能导致胞间CO?浓度降低，从而减弱Rubisco的分馏作用，使δ13C值略微偏正（负值减小），但通常不会进入C4范围。
*C3-C4中间型植物：非常罕见。
*样品混合或污染。
*区分CAM：通常需要结合植物种类信息或更详细的研究（如日变化测量）。如果已知是CAM植物，其δ13C值范围宽泛，需要结合具体物种和环境判断。
5.应用价值：
*生态学：研究生态系统结构（C3/C4植物比例）、碳循环、植被演替、动物食性（通过分析动物组织δ13C推断其摄入的C3/C4植物比例）。
*农业科学：评估作物生理（水分利用效率）、育种（筛选高WUE品种）。
*古生态/古气候/考古学：重建过去植被类型（C3/C4丰度）、气候变化（如C4扩张指示变暖变干）、古代人类和动物的食谱（如玉米C4vs小麦C3的摄入比例）、农业起源与传播（如玉米在美洲的驯化与传播）。
总结：
通过测量植物组织的δ13C值，可以可靠地区分其主要的光合作用途径：
*δ13C值非常负（≈-27‰）：典型C3途径。
*δ13C值相对偏正（≈-13‰）：典型C4途径。
两者之间存在一个明显的数值间隔（约-14‰到-22‰），这通常是区分C3/C4的关键范围，若落在此区间则需要谨慎考虑其他因素（主要是CAM或胁迫下的C3）。δ13C分析因其相对简便、可靠，成为研究植物生理生态、生态系统功能和古环境重建的强有力工具。
在植物样品同位素（如δ13C、δ1?N、δ2H、δ1?O）测定中，烘干温度的选择至关重要，目标是去除水分的同时，避免由温度诱导的化学变化或挥发性组分损失导致的分馏。推荐温度范围是50°C至70°C，并优先选择尽可能低的温度（如55°C-60°C），且强烈建议使用冷冻干燥（冻干）作为方法。
避免分馏的原理与温度选择依据：
1.水分去除与分馏风险：水分子（H?O）中的氢（H）和氧（O）同位素本身就存在分馏效应。高温烘干（>80°C）会加速水分蒸发，可能导致残留水或样品中易交换氢/氧的同位素组成发生轻微但显著的改变（分馏），特别是对δ2H和δ1?O分析影响。低温烘干或冻干能更“温和”地去除水分，减少蒸发过程中的分馏。
2.挥发性有机物损失与分馏：植物样品含有多种挥发性有机化合物（VOCs）、有机酸、萜烯类等。高温（尤其>70°C）会显著增加这些物质的挥发损失。这些化合物通常具有与整体植物组织不同的同位素组成（如较轻的δ13C）。它们的优先损失会改变残留固体的同位素比值，导致δ13C（甚至δ1?N）结果偏离真实值。低温烘干或冻干能有效保留这些挥发性组分。
3.热降解与化学变化：过高的温度（>80°C）可能导致样品中某些有机组分发生热降解、美拉德反应（糖胺反应）或氧化。这些化学反应本身就可能伴随同位素分馏，碳13同位素比值测定去哪里做，改变残留物中C、N、H、O元素的同位素组成。低温处理能程度避免此类非生物化学反应。
4.样品形态与均一性：高温可能导致样品表面硬化结壳，阻碍内部水分均匀蒸发，造成样品内部水分分布和潜在分馏不均。低温烘干或冻干有助于维持样品结构，促进水分均匀去除。
具体建议与实践：
*方法：冷冻干燥（冻干）：
*选择：在真空和低温（通常-50°C以下）下，碳13同位素比值测定电话，使样品中的水分直接从冰升华为水蒸气。这完全避免了液相蒸发引起的同位素分馏，地保留了挥发性有机物和样品的原始化学状态。
*适用性：是所有同位素分析（尤其是δ2H、δ1?O）、推荐度的干燥方法。对δ13C和δ1?N分析也是选择。
*次选方法：恒温鼓风干燥（如必须使用）：
*温度范围：严格控制在50°C-70°C。强烈建议使用该范围的下限，如55°C或60°C。
*避免高温：避免使用80°C或更高温度。即使是70°C也应谨慎，仅在对δ13C/δ1?N分析且样品不含高挥发物时考虑，并需验证。
*时间控制：烘干至恒重（通常24-72小时），避免过度加热。应定期称重以确定干燥终点。
*空气流通：确保烘箱内空气流通良好，促进均匀干燥。
*通用注意事项：
*样品粉碎时机：应在干燥后再进行研磨粉碎。湿磨可能引入水分变化或分馏，且难磨均匀。
*样品均一性：确保样品（尤其是混合样或不同部位）在干燥前充分混匀（如液氮研磨），或在干燥后粉碎并充分混匀。
*记录与报告：详细记录干燥方法（冻干/烘干）、具体温度、持续时间。这对数据解读和同行比较至关重要。
*方法验证：对于关键研究或新样品类型，建议进行方法学验证：比较冻干与不同低温烘干对目标同位素比值的影响，选择无明显差异且稳定的方法。
总结：
为测定植物样品同位素组成并避免分馏，冷冻干燥是且的方法。若条件限制必须使用烘箱，务必严格控制温度在50°C-70°C（优选55°C-60°C），并避免超过70°C。高温烘干极易导致水分蒸发分馏（影响H、O）和挥发性有机物损失/化学变化（影响C、N、H、O），从而引入显著误差。始终将温和、非破坏性的干燥方式作为原则，并在研究报告中清晰注明干燥条件。
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